發(fā)布時(shí)間：2021-08-28 13:25

　　針對連續(xù)體結(jié)構(gòu),考慮破損-安全拓?fù)鋬?yōu)化中如何處理結(jié)構(gòu)局部破損的關(guān)鍵問題,以位移約束下結(jié)構(gòu)體積極小化拓?fù)鋬?yōu)化問題為例,基于獨(dú)立連續(xù)映射ICM方法,建立了優(yōu)化模型,給出了求解方法。以單荷載及多荷載工況的數(shù)值算例為例,探討了結(jié)構(gòu)局部破損模式的形狀和大小及結(jié)構(gòu)局部破損狀況預(yù)估分布等對最優(yōu)結(jié)構(gòu)拓?fù)涞挠绊憽＝Y(jié)果表明,（1）相比于不考慮破損-安全的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化,考慮破損-安全得到的最優(yōu)拓?fù)渚哂懈嗳哂鄻?gòu)件及傳力路徑;（2）不同形狀及大小的結(jié)構(gòu)局部破損模式會(huì)得到不同的最優(yōu)結(jié)構(gòu)拓?fù)?（3）結(jié)構(gòu)局部破損模式布置間距越小,得到的最優(yōu)拓?fù)湓节厪?fù)雜。故在進(jìn)行考慮破損-安全拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)時(shí),宜依據(jù)工程問題,合理定義結(jié)構(gòu)局部破損模式的形狀和大小及結(jié)構(gòu)局部破損狀況的預(yù)估分布等,以準(zhǔn)確模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)的局部破損,得到具有適度冗余的最優(yōu)拓?fù)洹?nbsp;

【文章來源】：計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào). 2019,36(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖１結(jié)構(gòu)局部破損區(qū)域取正方形時(shí)某破損－安全設(shè)計(jì)示例［１６］Ｆｉｇ．１Ａｎｅｘａｍｐｌｅｏｆｆａｉｌ－ｓａｆｅｄｅｓｉｇｎｗｈｉｌｅｌｏｃａｌｆａｉｌｕｒｅｒｅｇｉｏｎｔａｋｉｎｇｓｑｕａｒｅ［１６］

狀況預(yù)估分布和結(jié)構(gòu)局部破損模式的形狀及大小等對最優(yōu)拓?fù)涞挠绊憽Ｋ憷眴魏奢d工況單位移約束拓?fù)鋬?yōu)化問題參考文獻(xiàn)［１６］，采用無量綱數(shù)據(jù)。如圖２所示，基結(jié)構(gòu)尺寸為１００×５０，厚度為１，材料彈性模量Ｅ＝２．１×１０５，泊松比０．３，頂邊固定，底邊中間點(diǎn)作用水平向右集中力Ｆ＝１０００。采用１００×５０的單元邊長為１的正方形有限元網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算。（１）考慮破損－安全的位移約束下體積極小化拓?fù)鋬?yōu)化方法驗(yàn)證為驗(yàn)證本文所建立的位移約束下，體積極小化的考慮破損－安全的拓?fù)鋬?yōu)化模型的正確性，采用與Ｚｈｏｕ等［１６］完全一樣的破損模式及結(jié)構(gòu)局部破損預(yù)估分布。圖２左邊２５×２５灰色正方形為破損模式，結(jié)構(gòu)局部破損區(qū)域預(yù)估分布為無縫平鋪形式，共８個(gè)結(jié)構(gòu)破損狀況，如圖１所示。Ｚｈｏｕ等［１６］求解的是體積約束下最小化結(jié)構(gòu)總?cè)犴樁葐栴}，在體積比２０％的約束下，得到集中力作用方向上的位移為０．１８８５。以此位移值０．１８８５作為位移約束，進(jìn)行位移約束下體積極小化的考慮破損－安全的拓?fù)鋬?yōu)化，得到的最優(yōu)拓?fù)淙鐖D３（ａ）所示，與文獻(xiàn)［１６］相同，此時(shí)最優(yōu)體積比為２０％�？梢钥吹剑瑑烧咄�?fù)鋱D形是相同的，驗(yàn)證了本文建立的考慮破損－安全時(shí)位移約束下體積極小化拓?fù)鋬?yōu)化模型及求解方法的正確性。以位移約束０．１８８５進(jìn)行不考慮破損－安全的體積極小化拓?fù)鋬?yōu)化，得到的最優(yōu)拓?fù)淙鐖D３（ｂ）所示，結(jié)構(gòu)體積比為７．２２％。與圖３（ａ）相比，考慮圖２算

１６］相同，此時(shí)最優(yōu)體積比為２０％。可以看到，兩者拓?fù)鋱D形是相同的，驗(yàn)證了本文建立的考慮破損－安全時(shí)位移約束下體積極小化拓?fù)鋬?yōu)化模型及求解方法的正確性。以位移約束０．１８８５進(jìn)行不考慮破損－安全的體積極小化拓?fù)鋬?yōu)化，得到的最優(yōu)拓?fù)淙鐖D３（ｂ）所示，結(jié)構(gòu)體積比為７．２２％。與圖３（ａ）相比，考慮圖２算例１拓?fù)湓O(shè)計(jì)問題定義Ｆｉｇ．２Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｙｄｅｓｉｇｎｐｒｏｂｌｅｍｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ１圖３算例１的最優(yōu)拓?fù)洌疲椋纾常希穑簦椋恚幔欤簦铮穑铮欤铮纾椋澹螅妫铮颍澹幔恚穑欤澹逼茡p－安全后得到的體積增大許多，圖形也更復(fù)雜，并具有更多的冗余。（２）結(jié)構(gòu)破損狀況的預(yù)估分布對最優(yōu)拓?fù)涞挠绊懏?dāng)結(jié)構(gòu)局部破損模式以不同的間距在設(shè)計(jì)域內(nèi)排列布置時(shí)，即形成不同的結(jié)構(gòu)破損狀況的預(yù)估分布。采用２５×２５大小的正方形作為結(jié)構(gòu)局部破損模式，豎直方向采用破損模式布置間距２５（對應(yīng)于無縫平鋪形式），水平方向分別采用破損模式間距２５（對應(yīng)于無縫平鋪形式，圖４（ａ））、間距１５（圖４（ｂ））、間距１２（圖４（ｃ））和間距８（圖４（ｄ））等不同形式。為防止結(jié)構(gòu)局部破損使集中力作用點(diǎn)失去結(jié)構(gòu)支撐，將圖４所示力Ｆ作用點(diǎn)附近的灰色正方形規(guī)定為非破損區(qū)域。由于破損模式重疊布置圖４不同結(jié)構(gòu)破損狀況預(yù)估分布Ｆｉｇ．４Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｅ－ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ９１３第３期彭細(xì)榮，等：破損－安全拓?fù)鋬?yōu)化的局部

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[2]考慮碰撞的隔震橋梁易損性分析[J]. 張磊鑫,龍曉鴻,樊劍,陳蓓蕾.  工程力學(xué). 2017(S1)
[3]基于魯棒性優(yōu)化的桁架結(jié)構(gòu)失效-安全設(shè)計(jì)[J]. 杜劍明,郭旭.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2011(04)



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